KR102085803B1

KR102085803B1 - 멤스 소자 및 카메라 모듈

Info

Publication number: KR102085803B1
Application number: KR1020130075775A
Authority: KR
Inventors: 최완섭; 서상원; 김철
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2020-04-14
Also published as: KR20150002220A

Abstract

본 발명은 캐비티를 가지는 고정기판, 상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 고정기판으로부터 부유하는 구동부, 상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 탄성부를 포함하고, 상기 구동부는 제어전압에 따라 상기 구동부 평면 내에서 상기 구동부의 높이 가변 방향에 대하여 수직한 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이동하는 흔들림 보상부를 포함하는 멤스 소자를 제공한다. 따라서, 3축 이동이 가능하여 흔들림 보상 및 자동초점 기능을 동시에 수행하므로, 소형화가 가능하다. 또한, 멤스 소자는 소모전력, 코일과 자석에 의한 소형화의 한계를 극복하기 위해 하나의 렌즈를 구동시켜 소비전력이 적고 소형화가 가능하다.

Description

멤스 소자 및 카메라 모듈{MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS DEVICE and CAMERA MODULE HAVING THE SAME}

실시예는 멤스 소자 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

CCD(Charge Coupled Device) 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서는 동영상 및 정지영상을 촬영하는 2차원 센서의 일종이며 전자식 카메라를 구성하는데 핵심적인 역할을 하고 있다. 특히 CCD센서는 화질면에서 CMOS 센서 보다 우수한 특성을 내나, 소모 전력 및 복잡한 구성의 단점 때문에 CMOS 영상센서가 그 시장의 점유율을 높여 가고 있으며 최근에 와서는 CMOS 센서도 화질면에서도 개선이 따르고 있다. 이러한 이미지 센서들이 발달하면서 디지털 카메라의 사용이 일반화되고, 셀룰러 폰(cellular phone)과 같은 휴대용 단말기에도 카메라 장치가 설치되기에 이르렀다.

종래 카메라 모듈은 자동초점 구동기로 VCM(Voice Coil Motor)을 적용하고 있다.

VCM은 다수의 렌즈군을 포함하고 있는 배럴(Barrel)을 코일과 자석으로 구성되어 있고 배럴 상하에 스프링으로 지지되어 있다. 상하에 구성된 스프링이 구동부의 직선운동을 가이드하고 VCM이 동작하지 않을 경우 초기위치로 렌즈배럴을 위치시키는 역할을 한다.

VCM은 자석(Magnet)으로 형성된 자기장(Magnetic field) 속에 있는 코일(Coil)에 전류가 흐르면 발생하는 로렌츠 힘(Lorentz force)에 의해 렌즈 광축 방향으로 구동된다. 이때 발생하는 힘으로 VCM은 전기에너지를 기계에너지로 변환하게 된다.

한편, 종래의 카메라 모듈에 있어서 카메라의 외부적인 요소에 의한 떨림, 즉 손떨림 혹은 차량 탑재등에 의한 진동에 의하여 불안정하게 떨리는 영상이 촬영되는 경우가 많다. 이러한 불안정한 영상을 해소하기 위하여 그 움직임을 보상하는 장치 등이 제안되었다. 이러한 움직임 안정화 장치는 움직임 검출부와 움직임 보정 부분으로 나누어진다. 움직임 검출부는 자이로 센서(Gyro Sensor) 등에 의한 기구의 움직임을 예측하는 방법과 영상 신호처리에 의하여 영상의 움직임 부분을 매 프레임 검출하는 방법이 제안되고 사용된다. 또한, 검출된 움직임 정보를 굴절 가능한 렌즈(액티브 프리즘)를 사용하여 입사광을 임의로 굴절시키거나 이미지 센서의 입력 위치를 제어함으로써 불안정한 영상을 해소하고 선명한 영상을 얻게 된다.

최근에 휴대폰 및 휴대용 전자기기 등이 경박단소화 및 저전력이 요구됨에 따라 이러한 제품에 장착되는 카메라 모듈도 저전력 및 소형화가 요구되고 있다. 이에 따라 카메라 모듈에 구비된 자동초점장치 및 흔들림 보정장치를 저전력/소형화 할 필요성이 요구되고 있다.

하지만 종래 모바일폰에 사용되고 있는 자동초점 장치 및 흔들림 보정장치는 VCM 방식으로 렌즈군을 포함하고 있는 배럴을 구동시켜야 하므로 많은 소모전력이 요구되며 배럴을 광축 수직방향으로 구동시키기 위해 배럴주변에 위치한 코일과 자석을 이용하기 때문에 소형화 하는데 단점을 가지고 있다. 이에 따라 새로운 방식의 자동초점장치 및 흔들림 보정장치의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

실시예는 소비전력이 작고 소형화가 가능하며, 다양한 기능을 가지는 멤스 소자 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.

실시예는 캐비티를 가지는 고정기판, 상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 고정기판으로부터 부유하는 구동부, 상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 탄성부를 포함하고, 상기 구동부는 제어전압에 따라 상기 구동부 평면 내에서 상기 구동부의 높이 가변 방향에 대하여 수직한 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이동하는 흔들림 보상부를 포함하는 멤스 소자를 제공한다.

실시예에 따른 멤스 소자는 3축 이동이 가능하여 흔들림 보상 및 자동초점 기능을 동시에 수행하므로, 소형화가 가능하다.

또한, 멤스 소자는 소모전력, 코일과 자석에 의한 소형화의 한계를 극복하기 위해 하나의 렌즈를 구동시켜 소비전력이 적고 소형화가 가능하다.

또한, 서로 다른 물질의 열팽창 차이에 의해 수직 구동하여 자동초점기능을 수행하는 써멀(thermal) 방식을 적용하여 구조를 단순화할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

또한, 멤스 소자는 기판에 대해서 x축 및 y축으로 이동할 때, 더블 폴디드 스프링을 사용함으로써 구동부가 견고하게 고정될 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 멤스 소자의 상면도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A의 확대도이다.
도 5는 바이모프의 단면도이다.
도 6 실시예에 따른 흔들림 보정 장치의 상면도이다.
도 7은 도 6의 단면도이다.
도 8은 도 6의 사시도이다.
도 9 내지 도 13은 도 6의 구성 요소별 확대도이다.
도 14는 도 6의 흔들림 보정 장치의 전압을 나타내는 상태도이다.
도 15 내지 도 25는 도 1의 멤스 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 26 내지 도 32는 본 발명의 멤스 소자의 다양한 적용예를 도시한 것이다.
도 33은 도 6의 흔들림 보상부의 다른 적용예의 상면도이다.
도 34는 도 33의 흔들림 보상부의 배면도이다.
도 35는 흔들림 보상부의 전압인가 방식을 나타내는 상면도이다.
도 36은 본 발명의 멤스 소자가 적용된 카메라 모듈의 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 자동초점 기능 및 흔들림 보상 기능을 구비한 멤스 소자를 제공한다.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 멤스 소자를 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 멤스 소자의 상면도이고, 도 2는 도 1의 단면도이고, 도 3은 도 1의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A의 확대도이며, 도 5는 바이모프 구동부의 단면도이다.

도 1을 참고하면, 실시예에 따른 멤스 소자(100)는 고정 기판(110), 구동부(120) 및 복수의 높이 가변부(500)를 포함한다.

상기 고정 기판(110)은 구동부(120) 및 복수의 높이 가변부(500)를 지지한다.

상기 고정 기판(110)은 내부에 구동부(120)를 수용하는 캐비티(111)를 가지는 플레이트 형상을 가지며, 사각형의 프레임 형상을 가질 수 있다. 이러한 고정 기판(110)은 정사각형일 수 있다.

캐비티(111)의 형상은 원형 또는 다각형 중 어느 하나일 수 있으며, 높이 가변부(500)의 수효에 따라 결정될 수 있다.

즉, 도 1과 같이 높이 가변부(500)가 8개인 경우 정팔각형의 형상을 가지는 캐비티(111)를 포함할 수 있다.

상기 고정 기판(110)은 복수의 층상 구조를 가지며, 도 2와 같이 지지 기판(400), 지지 기판(400) 위에 절연층(200), 상기 절연층(200) 위에 전극층(150), 제1 물질층(131), 열방출층(132) 및 제2 물질층(134)으로 형성되어 있다.

상기 지지 기판(400)은 실리콘 기판, 유리기판 또는 폴리머 기판일 수 있다.

상기 지지 기판(400)은 300 내지 500μm의 두께를 가지며, 바람직하게는 400μm의 두께를 가질 수 있다.

상기 지지 기판(400) 위에 절연층(200)이 형성되어 있다.

상기 절연층(200)은 상기 지지 기판(400)이 실리콘 기판일 경우, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 형성될 수 있으며, 1.5μm 내외의 두께를 가질 수 있다.

상기 절연층(200) 위에 전극층(150)이 형성되어 있다.

즉, 상기 전극층(150)은 패터닝되어 복수개의 전극편을 포함할 수 있으나, 도 1과 같이 하나의 전극층(150)으로 형성될 수 있다.

상기 전극층(150)은 실리콘, 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 전도성 물질일 수 있으며, 바람직하게는 지지 기판(400)이 실리콘 기판인 경우, 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 전극층(150)은 40 내지 60 μm의 두께를 가지며, 바람직하게는 50 μm 내외의 두께를 가질 수 있다.

전극층(150) 위에 배치되는 제1 물질층(131), 열방출층(132) 및 제2 물질층(134)은 바이모프구동부(130)를 구성하는 층상 구조로서, 뒤에서 상세히 설명한다.

전극층(150) 위에 배치되는 층상 구조는 도 2와 같이 전극층(150)보다 돌출되는 구성을 가질 수 있다.

한편, 상기 고정 기판(110)의 내부에 형성되어 있는 캐비티(111)에 구동부(120)가 배치되어 있다.

구동부(120)는 내부에 개구부(125)를 포함하며, 각각의 높이 가변부(500)가 연결되는 영역 소개구부(121)를 포함한다.

상기 구동부(120)는 도 1과 같이 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 높이 가변부(500)가 각각의 면에 형성되는 소개구부(121) 내에서 연결될 수 있도록 높이 가변부(500)의 수효와 동일한 면수를 가질 수 있다.

따라서, 도 1과 같이 높이 가변부(500)가 8개인 경우, 각 높이 가변부(500)에 면이 배치되는 팔각형의 형상을 가질 수 있으며, 고정기판(110)의 캐비티(111)의 꼭지점과 구동부(120)의 꼭지점이 어긋나도록 배치될 수 있다.

상기 구동부(120)는 개구부(125)를 중심으로한 중앙 영역에 흔들림보상부(1000)를 포함한다.

상기 흔들림보상부(1000)는 구동부(120) 내의 전극층(150)을 패터닝하여 구획될 수 있다.

상기 구동부(150)는 전극층(150) 하부에 절연층(200) 및 지지기판(400)의 일부가 잔재하고, 나머지 지지기판(400)이 제거된 상태로 고정기판(110)에 대하여 부유하고 있으며, 상기 흔들림보상부(1000)의 일부 영역에 하부의 절연층(200) 및 지지기판(400)이 아일랜드(island) 타입으로 배치될 수 있다.

이때, 상기 구동부(120)의 전극층(150)의 높이는 고정기판(110)의 전극층(150)의 높이보다 높을 수 있다.

상기 흔들림보상부(1000)의 구성에 대하여는 이후에 상세히 설명한다.

한편, 상기 멤스소자(100)는 복수의 높이 가변부(500)를 포함한다.

복수의 높이 가변부(500)는 고정기판(110)과 구동부(120)를 물리적으로 연결하며, 외부로부터 인가되는 전압에 따라 구동부(120)의 높이를 제어한다.

복수의 높이 가변부(500)는 서로 동일한 구조를 포함하며, 일정하게 이격되도록 배치되어 힘의 균형을 이룬다.

각각의 높이 가변부(500)는 바이모프구동부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)의 구조를 포함한다.

바이모프구동부(130)는 고정기판과 프레임(140)을 직접 연결하며, 고정기판으로부터 인가되는 전압에 따라 열이 발생하면, 상기 두 물질층 사이의 열팽창계수 차이에 따라 휘어지는 각도가 가변한다.

이러한 각도 변화에 의해 구동부(120)의 높이가 결정된다.

바이모프구동부(130)의 상세 구조는 도 5와 같다.

도 5를 참고하면, 바이모프구동부(130)는 제1 물질층(131), 제1 물질층(131) 위에 열방출층(132), 열방출층(132) 위에 절연층(133) 및 상기 절연층(133) 위에 제2 물질층(134)을 포함한다.

상기 열방출층(132)에 전류가 흐르면 열이 발생하게 되는데, 상기 열에 따라 제1 물질층(131) 및 제2 물질층(134)의 열팽창계수 차에 의해 늘어나는 길이 차가 발생하여 바이모프구동부(130)의 수직변위를 발생시킨다.

이때, 상기 열방출층(132)은 열발생이 높은 백금, 구리 등을 포함하는 금속을 포함하고, 제1 물질층(131)은 제2 물질층(134)에 대하여 열팽창계수 차가 큰 물질로서, 제2 물질층(134)이 제1 물질층(131)보다 열팽창계수가 매우 커 제1 물질층(131)보다 잘 늘어난다.

제1 물질층(131)으로는 Si, P-Si, SiO₂, Si₃N₄, Cr, W 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 포함할 수 있으며, 제2 물질층(134)으로는 Al, Au, Cu, Ni, Pt 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 포함할 수 있다.

각각의 물질층의 열팽창계수는 다음의 표와 같다.

제1 물질층(131)	Si	2.6(10-6/K)
	P-Si	2.8
	SiO₂	0.5
	Si₃N₄	1.6
	Cr	4.9
제2 물질층(134)	Al	23.1
	Au	14.1
	Cu	16.8
	Ni	12.7

즉, 상기 표와 같이 제1 물질층(131)은 열팽창계수가 5*10^-6/K 이하를 충족하고, 제2 물질층(134)은 열팽창계수가 12*10^-6/K 이상을 충족한다.

상기 절연층(133)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물일 수 있으며, 열방출층(132)과 제1 물질층(134) 사이를 절연한다.

상기 바이모프구동부(130)는 도 1과 같이 고정기판(110)으로부터 돌출되어 부유하는 바 형으로 형성될 수 있으며, 열방출층(132)이 고정기판(110)과 연결되어 전류를 흘린다.

상기 열방출층(132)은 도 4와 같이 복수의 패턴으로 형성될 수 있으며, 각각의 패턴으로 동일한 전류가 흐르거나, 고정기판(110)이 복수의 패턴으로 형성되는 경우, 서로 다른 전류가 흐를 수도 있다.

프레임(140)은 상기 바이모프구동부(130)와 스프링(160) 사이에 연결되어 있으며, 바이모프구동부(130)와 스프링(160)을 절연하면서 상기 바이모프구동부(130)의 동작에 따라 상기 구동부(120)를 이동시킨다.

상기 프레임(140)은 도 1과 같이 바이모프구동부(130)와 연결되는 제1 연결단(142), 제1 연결단(142)으로부터 양 방향으로 확장되어 호를 그리는 제1 확장부(141), 상기 제1 확장부(141)의 끝단을 서로 연결하는 제2 확장부(143), 그리고 상기 제2 확장부(143)와 스프링(160)을 연결하는 제2 연결단(144)을 포함한다.

제1, 2 연결단(142, 144) 및 제1, 2 확장부(141, 143)는 동일한 층상 구조를 가진다.

제1 연결단(142)은 도 4와 같이 바이모프구동부(130)와 동일한 폭을 가지는 바 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 확장부(141)는 상기 제1 연결단(142)의 양 끝으로부터 호를 그리며 양 쪽으로 연장되어 있다.

상기 제1 확장부(142)는 도 4와 같이 끝단으로 갈수록 폭이 좁아질 수 있다.

상기 제2 확장부(143)는 제1 확장부(142)의 양 끝단을 직선으로 연결하며, 동일한 폭을 가진다. 상기 제2 확장부(143)는 구동부(120)의 각 면과 마주하며, 제2 확장부(143)의 길이는 구동부(120)의 각 면의 길이보다 작을 수 있다.

상기 제1 및 제2 확장부(141, 143)가 활 모양을 이룬다.

제2 연결단(144)은 제2 확장부(143)의 중앙영역에 부착되어 스프링(160)의 중앙영역에서 스프링(160)의 끝단(162)과 연결된다.

상기 제2 연결단(144)은 제1 연결단(142)과 같이 돌출되어 있는 면구조물로 형성될 수 있으나, 도 4와 같이 판스프링 형태를 가질 수도 있다.

이러한 프레임(140)은 바이모프구동부(130)의 동작에 의해서 올라가거나 내려감으로써 구동부(120)의 높이를 제어할 수 있다.

상기 프레임(140)은 도 2와 같이 전극층(150), 제1 물질층(131) 및 제2 물질층(134)의 층상 구조를 가질 수 있으며, 제1 물질층(131)이 전극층(150)으로부터 돌출되도록 단차를 가지며 형성된다.

상기 프레임(140)은 바이모프구동부(130)로부터 높게 배치되어 있다.

상기 스프링(160)은 구동부(120)의 각 소개구부(121) 내에 배치되며, 각 소개구부(121)의 바닥면의 중앙부와 일단(161)이 연결되고, 타단(162)이 제2 연결부(144)와 연결되어 있다.

상기 스프링(160)은 프레임(140)과 연결되는 방향으로 연장되도록 절곡되어 있으며 스프링(160)의 적층구조는 프레임(140)과 동일하다.

또한 상기 스프링(160)의 높이는 프레임(140)보다 높게 형성될 수 있다.

이와 같이 본원 발명은 고정 기판(110)과 구동부(120) 사이에 바이모프구동부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)의 연결 구조를 가짐으로써 바이모프구동부(130)의 운동에 따라 구동부(120)의 높이를 변화할 때 변위를 다양하게 가질 수 있다.

이러한 상기 구동부(120)는 중앙 영역에 흔들림보상부(1000)를 포함한다.

이하에서는, 도 6 내지 도 14를 참고하여, 구동부(120)에 형성되는 흔들림보상부(1000)를 설명한다.

도 6 실시예에 따른 흔들림 보상부의 상면도이고, 도 7은 도 6의 단면도이고, 도 8은 도 6의 사시도이고, 도 9 내지 도 13은 도 6의 구성 요소별 확대도이며, 도 14는 도 6의 흔들림 보상부의 전압을 나타내는 상태도이다.

도 6을 참고하면, 실시예에 따른 흔들림 보상부(1000)는 고정부(1110), 외부 구동부(1120), 내부 구동부(1130) 및 복수의 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)를 포함한다.

상기 고정부(1110)는 외부 구동부(1120), 내부 구동부(1130) 및 복수의 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)을 지지한다.

상기 고정부(1110)는 플레이트 형상을 가지며, 사각형의 프레임 형상을 가질 수 있다. 이러한 고정부(1110)는 정사각형일 수 있으며, 6mm·6mm의 면적을 가질 수 있다.

상기 고정부(1110)은 지지기판(400)의 일부와 절연층(200) 및 전극층(150)으로 형성될 수 있으며, 상기 지지기판(400), 절연층(200) 및 전극층(150)은 도 2의 그것들과 동일하다.

상기 고정부(1110)는 구동부(120) 내에서 전극층(1150)의 패터닝에 따라 구획된다.

즉, 상기 고정부(1110)은 전극층(150)을 패터닝하여 사각형의 각 변을 따라 배치되어 있으며, 서로 분리되어 있는 복수의 전극(1111, 1113, 1114, 1116)을 포함한다.

복수의 전극(1111, 1113, 1114, 1116)은 실리콘, 구리, 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 전도성 물질일 수 있으며, 바람직하게는 지지 기판(400)이 실리콘 기판인 경우, 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 전극(1111, 1113, 1114, 1116)은 40 내지 60 μm의 두께를 가지며, 바람직하게는 50 μm 내외의 두께를 가질 수 있다.

상기 전극(1111, 1113, 1114, 1116)은 y축으로 연장되어 있는 제1 전극(1111) 및 제1 전극(1111)과 평행하게 배치되어 있는 제2 전극(1116), y축과 수직한 x축으로 연장되어 있는 제3 전극(1113) 및 제3 전극(1113)과 평행하게 배치되어 있는 제4 전극(1114)을 포함한다.

제1 전극(1111) 및 제2 전극(1116)은 외부로 향하는 제1 장변 및 내부로 향하는 제2 장변을 포함하고, 제2 장변에 외부 구동부(1120)를 향하여 복수의 구동편(1112, 1117)이 형성되어 있다.

상기 구동편(1112, 1117)은 일정한 거리로 이격되어 있는 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 복수의 돌출부는 빗살(comb) 형상을 가진다.

제3 및 제4 전극(1113, 1114)은 도 6 내지 도 7과 같이 x축 방향으로 서로 이격되어 있는 두 개의 전극편(1113a, 1113b, 1114a, 1114b)을 포함한다.

즉, 제3 전극(1113)은 제2 전극(1116)과 이웃하는 제1 전극편(1113a) 및 제1 전극편(1113a)과 제1 전극(1111) 사이에 배치되는 제2 전극편(1113b)을 포함한다.

상기 제1 전극편(1113a)과 제2 전극편(1113b)은 제3 전극(1113)의 중앙에서 분리되어 이격홀(1113c)을 형성한다.

한편, 제4 전극(1114)은 제2 전극(1116)과 이웃하는 제1 전극편(1114a) 및 제1 전극편(1114a)과 제1 전극(1111) 사이에 배치되는 제2 전극편(1114b)을 포함한다.

상기 제1 전극편(1114a)과 제2 전극편(1114b)은 제4 전극(1114)의 중앙에서 분리되어 이격홀(1114c)을 형성한다.

제3 전극(1113) 및 제4 전극(1114)의 이격홀(1113c, 1114c)은 서로 마주보도록 형성될 수 있다.

이러한 이격홀(1113c, 1114c)은 제3 전극(1113) 및 제4 전극(1114)의 각 전극편(1113a, 1113b, 1114a, 1114b)을 전기적으로 분리하며, 제1 내지 제4 전극(1111, 1116, 1113, 1114)의 경계인 모서리 영역에도 형성되어 있다. 상기 이격홀(1113c, 1114c)에 의해 전극층(150) 하부의 절연층(200)이 노출될 수 있다.

이와 같이 고정부(1110)는 제1 내지 제4 전극(1111, 1116, 1113, 1114)이 전기적으로는 절연되어 있으나 물리적으로는 절연층(200) 및 지지기판(400)에 의해 연결되어 폐루프 상태인 프레임을 형성하며, 내부에 개구부를 형성한다.

한편, 상기 고정부(1110)의 내부에 형성되어 있는 개구부에 외부 구동부(1120) 및 내부 구동부(1130)가 배치되어 있다.

외부 구동부(1120)는 내부에 개구부를 포함하며, 고정부(1110)의 각각의 전극과 대응되는 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)를 포함한다.

상세하게는, 외부 구동부(1120)는 제1 전극(1111)과 대응하도록 형성되는 제1 구동부(1121), 제2 전극(1116)과 대응하도록 형성되는 제2 구동부(1126), 제3 전극(1113)과 대응하도록 형성되는 제3 구동부(1123) 및 제4 전극(1114)과 대응하도록 형성되는 제4 구동부(1124)를 포함한다.

제1 구동부(1121)는 제1 전극(1111)과 대응하여 y축을 따라 연장되어 있는 몸체부(1121a)를 가지며, 상기 몸체부(1121a)는 고정부(11110)을 향하는 제1 장변 및 내부 구동부(11130)를 향하는 제2 장변을 가진다.

상기 제1 장변에는 제1 전극(1111)의 구동편(1112)과 대응되도록 외부 구동편(1122)이 형성되어 있다.

상기 외부 구동편(1122)은 일정한 거리로 이격되어 있는 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 복수의 돌출부는 빗살(comb) 형상을 가진다.

제1 전극(1111)의 구동편(1112)과 상기 제1 구동부(1121)의 외부 구동편(1122)은 복수의 돌출부가 서로 이격되어 지그재그로 배치되어 있다.

제1 전극(1111)의 구동편(1112)과 상기 제1 구동부(1121)의 외부 구동편(1122)의 돌출부의 길이, 두께 및 형상이 동일하게 형성되어 이격 거리는 동일하다.

한편, 제2 장변에는 몸체부(1121a)를 향하여 오목하게 함몰되어 있는 복수의 함몰부(1121b, 1121c)가 형성되어 있으며, 구체적으로, 제2 장변의 중앙 영역에 형성되는 제1 함몰부(1121b) 및 제1 함몰부(1121b)의 양 측면에 균일하게 형성되어 있는 2 개의 제2 함몰부(1121c)를 포함한다.

제1 함몰부(1121b)는 이후 설명할 스프링(1330)이 형성되는 영역으로, 함몰된 영역이 사각형을 이루며, 제2 함몰부(1121c)는 제1 함몰부(1121b)보다 함몰된 깊이가 얕게 형성될 수 있다.

제2 구동부(1126)는 제2 전극(1116)과 대응하여 y축을 따라 연장되어 있는 몸체부(1126a)를 가지며, 상기 몸체부(1126a)는 고정부(1110)을 향하는 제1 장변 및 내부 구동부(1130)를 향하는 제2 장변을 가진다.

상기 제1 장변에는 제2 전극(1116)의 구동편(1117)과 대응되도록 외부 구동편(127)이 형성되어 있다.

상기 외부 구동편(1127)은 일정한 거리로 이격되어 있는 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 복수의 돌출부는 빗살(comb) 형상을 가진다.

제2 전극(1116)의 구동편(1117)과 상기 제2 구동부(1126)의 외부 구동편(1127)은 복수의 돌출부가 서로 이격되어 지그재그로 배치되어 있다.

제2 전극(1116)의 구동편(1117)과 상기 제2 구동부(1126)의 외부 구동편(127)의 돌출부의 길이, 두께 및 형상이 동일하게 형성되어 이격 거리는 동일하다.

한편, 제2 장변에는 몸체부(1126a)를 향하여 오목하게 함몰되어 있는 복수의 함몰부(1126b, 1126c)가 형성되어 있으며, 구체적으로, 제2 장변의 중앙 영역에 형성되는 제1 함몰부(1126b) 및 제1 함몰부(1126b)의 양 측면에 균일하게 형성되어 있는 2 개의 제2 함몰부(1126c)를 포함한다.

제1 함몰부(1126b)는 이후 설명할 스프링(1320)가 형성되는 영역으로, 함몰된 영역이 사각형을 이루며, 제2 함몰부(1126c)는 제1 함몰부(1126b)보다 함몰된 깊이가 얕게 형성될 수 있다.

이때, 제1 구동부(1121)의 단변의 길이와 제2 구동부(1126)의 단변의 길이는 서로 다를 수 있다.

즉, 도 6 내지 도 9와 같이, 제1 구동부(1121)의 단변의 길이가 제2 구동부(1126)의 단변의 길이보다 짧게 형성될 수 있으며, 제2 구동부(1126)는 제2 함몰부(1126c)의 양 측면이 비대칭으로 형성되어 단변과 연결되는 측면의 길이가 타 측면의 길이보다 더 길 수 있다.

따라서, 제2 구동부(1126)는 몸체부(1126a)의 양 단에서 수직하게 절곡되어 x축을 따라 연장되는 두 개의 절곡부(1126d, 1126e)를 포함한다.

두 개의 절곡부(1126d, 1126e)는 이후에 설명할 스프링(1300, 1310)과의 연결을 수행한다.

한편, 제3 구동부(1123) 및 제4 구동부(1124)는 도 5와 같이 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.

즉, 상기 제3 구동부(1123) 및 제4 구동부(1124)는 제3 전극(1113) 및 제4 전극(1114)과 각각 대응하도록 x축을 향하여 배치되어 있는 몸체부(1123a, 1124a)를 포함한다.

상기 몸체부(1123a, 1124a)는 x축을 향하여 길게 연장되어 있는 두 개의 장변을 포함하고, 제1 장변은 제3 및 제4 전극(1113, 1114)과 각각 대향하고, 제2 장변은 내부 구동부(1130)와 대향한다.

상기 제2 장변에는 내부 구동부(1130)와 마주하는 내부 구동편(1125,1128)이 형성되어 있다.

제3 및 제4 전극(1113, 1114)의 내부 구동편(1125, 1128)은 제2 장변을 따라 일정한 거리로 이격되어 있는 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 복수의 돌출부는 빗살(comb) 형상을 가진다.

한편, 제1 장변에는 스프링(1300, 1310)를 수용하기 위한 함몰부(1123b, 1124b)가 형성되어 있으며, 상기 함몰부(1123b, 1124b)의 양쪽 측면의 길이는 서로 다를 수 있다.

즉, 제2 구동부(1126)를 향하는 측면의 길이가 제1 구동부(1121)를 향하는 측면의 길이보다 짧을 수 있으며, 이는 제2 구동부(1126)의 절곡부(1126)가 배치되도록 하기 위함이다.

한편, 상기 제3 및 제4 구동부(1123, 1124)의 몸체부(1123a, 1124a)는 제1 구동부(1121)를 향하는 일단변에 상기 제1 구동부(1121)의 제2 함몰부(1121c)와 대응하는 돌출부(1123c, 1124c)를 형성할 수 있다.

이와 같이 외부 구동부(1120)를 이루는 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)는 제1 및 제2 구동부(1121, 1126)의 외부 구동편(1122, 127)이 고정부(1110)의 구동편(1112, 1117)과 대응하여 x축 이동을 위한 빗살 전극을 형성하고, 제3 및 제4 구동부(1123, 1124)의 내부 구동편(1125, 1128)이 내부 구동부(1130)와 대응하여 y축 이동을 위한 빗살 전극을 형성한다.

이러한 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)는 전극층으로 형성되며, 전기적으로 절연되어 있으나, 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)는 물리적으로 고정되어 하나의 프레임을 이룬다.

즉, 상기 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)의 물리적 고정을 위하여 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)를 이루는 전극층 하부에 절연층(200) 및 지지기판(400)의 일부가 잔재하고 있다.

이때, 상기 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124) 사이를 지지하는 지지기판(400)의 두께는 고정기판(110)의 지지기판(400) 보다 작은 두께, 바람직하게는 1/2의 두께를 가질 수 있다.

상기 절연층(200)은 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)의 이격 공간에 노출되어 있으며, 절연층(200)은 구동부(1121, 1126, 1123, 1124) 사이의 이격 공간 주변 영역까지 확장되어 형성되어 있다.

한편, 내부 구동부(1130)는 외부 구동부(1120)의 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)가 형성하는 개구부 내에 배치되어 있으며, 도 11과 같이 몸체부(1133) 및 내부 구동편(1132)을 포함한다.

몸체부(1133)는 폐루프를 이루는 프레임 형상을 가지며, x축 방향의 두 변에 외부 구동부(1120)를 향하여 내부 구동편(1132)이 형성되어 있다.

상기 내부 구동편(1132)은 일정한 거리로 이격되어 있는 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 복수의 돌출부는 빗살(comb) 형상을 가진다.

상기 내부 구동부(1130)의 내부 구동편(1132)과 대응되는 외부 구동부(1120)의 제3 및 제4 전극(1113, 1114)의 내부 구동편(1125, 1128)은 복수의 돌출부가 서로 이격되어 지그재그로 배치되어 있다.

두 개의 내부 구동편(1125, 1128, 1132)의 돌출부의 길이, 두께 및 형상이 동일하게 형성되어 이격 거리는 동일하다.

몸체부(133)의 y축 방향의 두 변에는 뒤에서 설명할 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)이 연결되는 연결단(1134)이 형성되어 있으며, 상기 연결단(1134)은 두 변의 중앙 영역에 돌출되어 형성된다.

상기 연결단(1134)은 사각형의 형상을 가질 수 있다.

한편, 상기 흔들림 보상부(1000)는 복수의 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)을 포함한다.

제1 스프링(1300) 및 제2 스프링(1310)은 고정부(1110)과 외부 구동부(1120)를 연결하고, 제3 스프링(320) 및 제4 스프링(330)은 외부 구동부(1120)와 내부 구동부(1130)를 연결한다.

상세하게는, 도 12 및 도 13과 같이 제1 스프링 내지 제4 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)은 더블 폴디드 타입(double folded type)의 스프링으로 구성된다.

제1 및 제2 스프링(1300, 1310)은 변형된 더블 폴디스 타입의 스프링으로서, 제3 및 제4 구동부(1123, 1124)의 제2 함몰부(1123b, 1124b)에 배치되어 있다.

제1 스프링(1300)은 제1 고정부(1301) 및 제2 고정부(1302)를 포함한다.

제1 고정부(1301)는 제3 구동부(1123)의 절곡부(1126e)로부터 제2 함몰부(1123b)를 향하여 절곡 연장되어 있는 제1 소 스프링(1301a), 상기 고정부(1110)의 제3 전극(1113)의 제1 전극편(1113a)으로부터 연장되어 상기 제1 소 스프링(1301a)과 이웃하게 배치되는 제2 소 스프링(1301b)을 포함한다.

상기 제1 고정부(1301)는 제1 소 스프링(1301a)과 제2 소 스프링(1301b)의 끝단을 서로 연결하는 제1 연결부(1301c)를 더 포함하며, 상기 제1 연결부(1301c)는 제2 함몰부(1123b)의 바닥변과 평행하게 형성되어 있다.

제2 고정부(1302)는 제1 고정부(1301)와 이웃하게 형성되어 제2 함몰부(1123b)에 배치되어 있다.

제2 고정부(1302)는 제3 구동부(1123)의 몸체부(1123a)로부터 제2 함몰부(1123b)를 향하여 절곡 연장되어 있는 제3 소 스프링(302a), 상기 고정부(1110)의 제3 전극(1113)의 제2 전극(1116)편으로부터 연장되어 상기 제3 소 스프링(1302a)과 이웃하게 배치되는 제4 소 스프링(1302b)을 포함한다.

상기 제2 스프링(1310)은 제3 소 스프링(1302a)과 제4 소 스프링(1302b)의 끝단을 서로 연결하는 제2 연결부(1302c)를 더 포함하며, 상기 제2 연결부(1302c)는 제2 함몰부(1123b)의 바닥변과 평행하게 형성되어 있다.

제1 및 제2 연결부(1301c, 1302c)는 이격되어 서로 이웃하게 배치되어 있으며, 제1 및 제2 연결부(1301c, 1302c)를 전기적으로 절연하면서 물리적으로 고정하기 위하여 제1 및 제2 연결부(1301c, 1302c) 하부의 이격 공간에 절연층(200) 및 지지기판(400)이 잔재하고 있다.

이때, 상기 제1 및 제2 연결부(1301c, 1302c) 사이를 지지하는 지지기판(400)의 두께는 고정기판(11110)의 지지기판(400) 보다 작은 두께, 바람직하게는 1/2의 두께를 가질 수 있다.

제1 스프링(1300)에 의해 고정부(1110)과 외부 구동부(1120)의 2 및 3 구동부(1126, 1123)가 물리적으로 연결되어 있다.

한편, 제2 스프링(1310)은 제1 고정부(1311) 및 제2 고정부(1312)를 포함한다.

제1 고정부(312)는 제2 구동부(1126)의 절곡부(1126d)로부터 제2 함몰부(1124b)를 향하여 절곡 연장되어 있는 제1 소 스프링(1312a), 상기 고정부(1110)의 제4 전극(1114)의 제1 전극편(1114a)으로부터 연장되어 상기 제1 소 스프링(1312a)과 이웃하게 배치되는 제2 소 스프링(1312b)을 포함한다.

상기 제1 고정부(1311)는 제1 소 스프링(1311a)과 제2 소 스프링(1311b)의 끝단을 서로 연결하는 제1 연결부(1311c)를 더 포함하며, 상기 제1 연결부(111c)는 함몰부(1124b)의 바닥변과 평행하게 형성되어 있다.

제2 고정부(1312)는 제1 고정부(1311)와 이웃하게 형성되어 함몰부(1124b)에 배치되어 있다.

제2 고정부(1312)는 제4 구동부(1124)의 몸체부(1124a)로부터 함몰부(1124b)를 향하여 절곡 연장되어 있는 제3 소 스프링(1312a), 상기 고정부(11110)의 제4 전극(1114)의 제2 전극편(1114b)으로부터 연장되어 상기 제3 스프링(1312a)과 이웃하게 배치되는 제4 소 스프링(1312b)을 포함한다.

상기 제2 스프링(1310)은 제3 소 스프링(1312a)과 제4 소 스프링(1312b)의 끝단을 서로 연결하는 제2 연결부(1312c)를 더 포함하며, 상기 제2 연결부(1312c)는 함몰부(1124b)의 바닥변과 평행하게 형성되어 있다.

제1 및 제2 연결부(1311c, 1312c)는 이격되어 서로 이웃하게 배치되어 있으며, 제1 및 제2 연결부(1311c, 1312c)를 전기적으로 절연하면서 물리적으로 고정하기 위하여 제1 및 제2 연결부(1311c, 1312c) 하부의 이격 공간에 절연층(200)이 잔재하고 있다.

제2 스프링(1310)에 의해 고정부(1110)과 외부 구동부(1120)의 제2 및 4 구동부(1126, 1124)가 물리적으로 연결되어 있다.

한편, 제3 스프링(1320) 및 제4 스프링(1330)는 외부 구동부(1120)와 내부 구동부(1130)를 고정하며 외부 구동부(1120)의 제1 및 제2 구동부(1121, 1126)의 제1 함몰부(1121b, 1126b)에 각각 배치된다.

제3 스프링(1320)은 나란히 배치되는 4개의 소 스프링(1321-1324)을 포함한다.

상세하게는, 제1 구동부(1121)로부터 제1 함몰부(1121b)를 향하여 절곡 연장되어 있는 제1 소 스프링(1321), 내부 구동부(1130)의 연결단(1134)으로부터 연장되어 상기 제1 소 스프링(1321)과 이웃하게 배치되는 제2 및 제3 소 스프링(1322, 1323), 제1 구동부(1121)의 몸체부(1121a)로부터 제1 함몰부(1121b)의 다른 측면을 향하여 절곡 연장되어 있는 제4 소 스프링(1324)을 포함한다.

상기 제3 스프링(1320)은 제1 내지 제4 소 스프링(1321-1324)의 끝단을 서로 연결하는 연결부(1335)를 더 포함하며, 상기 연결부(1335)는 함몰부(1121b)의 바닥변과 평행하게 형성되어 있다.

제4 스프링(1330)은 나란히 배치되는 4개의 소 스프링(1331-1334)을 포함한다.

상세하게는, 제2 구동부(1126)로부터 제1 함몰부(1126b)를 향하여 절곡 연장되어 있는 제1 소 스프링(1331), 내부 구동부(1130)의 연결단(1134)으로부터 연장되어 상기 제1 소 스프링(1331)과 이웃하게 배치되는 제2 및 제3 소 스프링(1332, 1333), 제2 구동부(1126)의 몸체부(1126a)로부터 제1 함몰부(1126b)의 다른 측면을 향하여 절곡 연장되어 있는 제4 소 스프링(1334)을 포함한다.

상기 제4 스프링(1330)은 제1 내지 제4 소 스프링(1331-1334)의 끝단을 서로 연결하는 연결부(1335)를 더 포함하며, 상기 연결부(1335)는 함몰부(1126b)의 바닥변과 평행하게 형성되어 있다.

이와 같이 형성되는 4개의 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)은 서로 동일한 수효의 스프링을 포함하며, 흔들림 보상부(1000)의 4개의 변의 중앙 영역에 배치되어 서로 마주하며 형성되어 장력을 분산시킬 수 있다.

또한, 서로 대칭적으로 형성되어 전체적으로 균형을 이루어 소자 신뢰성이 확보될 수 있다.

이러한 4개의 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)은 연결부(1301c, 1302c, 1311c, 1312c) 하부의 절연층(200)을 제외하고 전극층(150)만으로 구성되어 각 구성 요소의 물리적 연결뿐 아니라, 전기적 연결을 수행한다.

이하에서는 도 14를 참고하여 실시예의 전기적 연결을 설명한다.

도 14는 도 6의 흔들림 보상부(1000)의 전압을 나타내는 상태도이다.

도 14를 참고하면, 흔들림 보정을 위한 x축 및 y축 방향의 이동을 위하여, 총 5개의 전압이 공급된다.

제1 전압(V1)은 제4 전극(1114)의 제1 전극편(1114a)으로 인가되어, 제2 스프링(1310)의 제1 고정부(1311)를 따라 외부 구동부(1120)의 제2 구동부(1126)에 인가되고, 제4 스프링(1330)를 따라 내부 구동부(1130) 전체에 인가된다.

이러한 제1 전압(V1)은 내부 구동부(1130)와 연결되는 제3 스프링(1330)를 따라 제1 구동부(1121)에까지 인가되며, 제1 스프링(1300)의 제1 고정부(1301)에 의해 고정부(1110)의 제3 전극(1113)의 제1 전극편(1113a)까지 인가된다.

제1 전압(V1)은 접지 전압(ground)일 수 있다.

다음으로, 제2 전압(V2)은 제4 전극(1114)의 제2 전극편(1114b)으로 인가되어, 제2 스프링(1310)의 제2 고정부(1312)를 따라 외부 구동부(1120)의 제3 구동부(1123)에 인가된다.

다음으로, 제3 전압(V3)은 제3 전극(1113)의 제2 전극편(1113b)으로 인가되어, 제1 스프링(1300)의 제2 고정부(1302)를 따라 외부 구동부(1120)의 제3 구동부(1123)에 인가된다.

다음으로, 제4 전압(V4)은 제2 전극(1116)으로 인가되고, 제5 전압(V5)은 제1 전극(1111)으로 인가된다.

이와 같이 2개의 스프링(1300, 1310)을 변형된 더블 폴디드 스프링을 적용함으로써 4개의 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)만으로 4개의 빗살 전극을 이루는 서로 대향하는 두 개의 돌출부가 서로 다른 전극 값을 가질 수 있다.

또한, 내부 구동부(1130)와 외부 구동부(1120)의 이동 방향이 서로 교차하므로 상대 동작 시에 서로 간섭을 일으키지 않는다.

스프링(1300, 1310, 1320, 1330)을 이용하여 전압 인가를 유도하면서, 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)의 일부를 변형하여 2개의 전압이 동시에 인가되므로 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)의 수효가 감소할 수 있다.

이러한 흔들림 보상부(1000)는 x축으로 이동 시에 제1 전압(V1)이 걸린 상태에서 제4 및 제5 전압(V4, V5)을 제어함으로 x축으로 외부 구동부(1120)를 이동할 수 있으며, y축으로 이동 시에 제1 전압(V1)이 걸린 상태에서 제2 및 제3 전압(V2, V3)을 제어함으로써 y축으로 내부 구동부(1130)를 이동할 수 있다.

이와 같이 흔들림 보상부(1000)의 내부 구동부(1130) 내의 개구부(125)에 적어도 하나의 렌즈가 배치되어 상기 렌즈의 위치를 전압에 의해 보정함으로써 흔들림이 보정될 수 있다.

이하에서는 도 15 내지 도 25를 참고하여, 본 발명의 멤스 소자의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 도 15와 같이 베이스 기판을 준비한다.

상기 베이스 기판은 지지 기판(400) 위에 절연층(200) 및 전극층(150)이 형성되어 있는 구조를 가진다.

상기 절연층(200)은 상기 지지 기판(400)이 실리콘 기판일 경우, 실리콘 산화막 또는 실리콘질화막으로 형성될 수 있으며, 1.5μm 내외의 두께를 가질 수 있다.

즉, 내부에 실리콘 절연층(200)을 포함하는 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 지지 기판(400) 및 전극층(150)의 상하부에 각각 외부 절연층이 형성될 수 있다.

다음으로, 도 16과 같이 전극층 위에 제1 물질층(131)을 형성한다.

제1 물질층(131)은 Si, P-Si, SiO₂, Si₃N₄, Cr, W 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 데포지션하여 형성할 수 있으며, 제1 물질층(131)을 패터닝하여 고정기판(110), 높이 가변부(500) 및 구동부(120)에 형성한다.

이때, 제1 물질층(131)은 높이 가변부(500)의 바이모프구동부(130)에 필수적으로 형성되나, 다른 영역에는 생략할 수 있다.

다음으로 도 17과 같이 열방출층(132)을 형성한다.

열방출층(132)은 고정기판(110)과 바이모프구동부(130)에 필수적으로 형성된다.

상기 열방출층(132)이 전류를 전달하는 회로패턴으로 기능하며, 상기 바이모프구동부(130)에 형성되는 열방출층(132)은 해당 층 내에 흐르는 전류에 의해 열을 발생한다.

상기 열방출층(132)은 백금 또는 구리 등의 전도성물질을 선택적으로 데포지션하거나 패터닝하여 형성할 수 있다.

다음으로, 상기 바이모프구동부(130)의 열방출층(132) 위에 도 18의 절연층(133)을 형성한다.

상기 절연층(133)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물일 수 있으며, 상기 물질을 데포지션한 뒤 패터닝하거나 선택적으로 패터닝할 수 있다.

다음으로, 도 19와 같이 절연층(133) 위에 제2 물질층(134)을 형성한다.

제2 물질층(134)으로는 Al, Au, Cu, Ni, Pt 를 포함하는 그룹 중 하나의 물질을 데포지션한 뒤, 선택적으로 패터닝하여 형성할 수 있다.

이때, 제2 물질층(134)은 제1 물질층(131)과 대응되도록 형성할 수 있으나, 바이모프 구동부(130)에만 한정적으로 형성될 수도 있다.

다음으로, 바이모프구동부(130) 영역의 전극층(150)을 제거하여 바이모프구동부(130)를 부양한다.

즉, 도 20과 같이 바이모프구동부(130)를 제외한 영역에 포토 레지스트(135)를 형성한 뒤, 바이모프구동부(130) 아래의 전극층(150)을 언더컷 에칭하여 제거함으로써 상기 바이모프구동부(130)를 부양할 수 있다.

이때, 등방성 식각에 의해 전극층(150)의 측면이 일부 식각되어 제1 물질층(131)과 전극층(150) 사이에 단차가 형성된다.

다음으로, 도 21과 같이 잔재하는 전극층(150)을 패터닝한다.

즉, 상기 구동부(120)에 잔재하는 전극층(150) 중 구조물 디자인에 따라 흔들림 보상부(1000)를 형성하도록 상기 전극층(150)을 패터닝한다.

이러한 패터닝은 DRIE(deep reactive-ion etching)를 수행함으로써 형성할 수 있다.

다음으로, 도 22와 같이 전면에 패시베이션막(136)을 형성한 뒤, 도 23의 백사이드 DRIE를 수행하여 고정기판(110), 구동부(120)의 일부 영역 및 흔들림 보상부(1000)의 일부 영역을 제외한 영역의 지지기판(400)을 일부 제거하는 홈을 형성한다.

이때, 잔재하는 지지기판(400)은 고정기판(110), 구동부(120)에 패턴이 형성될 때, 패턴과 패턴 사이의 연결영역 및 흔들림 보상부(1000)의 스프링의 연결부 하부 등일 수 있다.

다음으로, 도 24와 같이 2차 백사이드 DRIE를 수행하여 구동부(120)에 패턴이 형성될 때, 패턴과 패턴 사이의 연결영역 및 흔들림 보상부(1000)의 스프링의 연결부 하부에 지지기판(400)을 남기고 전부 식각한다.

다음으로, 도 25와 같이 지지기판(400)이 없는 영역의 절연층(200)을 제거하여 높이 가변부(500) 및 구동부(120)가 부유하는 상태를 유지한다.

이와 같이 바이모프 구동부(130)의 하부에 제1 물질층(131)을 노출하고, 상부에 제2 물질층(134)을 노출함으로써 바이모프 구동부(130)를 얇게 형성하고, 식각 시에 열처리함으로써 제1 물질층(131)과 제2 물질층(134) 사이의 열팽창계수 차이에 의하여 고정 기판(110)에 대하여 구동부(120)가 높게 형성된다.

이러한 멤스 소자(100)는 고정 기판(110)의 열방출층(132)으로 전류를 인가하면 전류 값에 따라 바이모프구동부(130)의 열방출층(132)에서 열이 발생하고, 발생하는 열에 따라 제1 및 제2 물질층(131, 134)이 팽창을 진행한다. 이때, 제1 물질층(131)이 제2 물질층(134)보다 열팽창이 작으므로 열이 많이 발생할수록 바이모프 구동부(130)는 위로 휘어진다.

따라서, 바이모프 구동부(130)를 따라 프레임(140) 및 스프링(160)이 위로 올라가며 그에 따라 구동부(120)가 위로 이동한다.

이때, 복수의 높이 가변부(500)가 동일한 전류를 받아 동일하게 위로 움직이므로 구동부(120)는 높이 가변부(500)가 연결된 모든 방향에서 균일하게 위로, 즉, z축 방향으로 상승한다.

한편, 구동부(120)에 형성되는 흔들림 보상부(1000)에 인가되는 전압 값에 따라 개구부(125)에 위치하는 렌즈의 상하 좌우의 배치가 가변하여 손떨림을 포함한 흔들림이 보상될 수 있다.

이와 같이, 상기 멤스 소자(100)는 바이모프 구동부(130)에 의하여 위/아래 , z축 이동이 가능하고, 흔들림 보상부(1000)에 의해 평면 내에서의 상하 좌우 이동(x축, y축 이동)이 가능하여 카메라 등의 흔들림 보상 기능을 탑재한 액추에이터로 기능할 수 있다.

이하에서는 도 26 내지 도 32를 참고하여 본 발명의 다양한 적용예를 설명한다.

도 26의 멤스 소자(100A)는 도 1과 같이 고정기판(110), 높이 가변부(500) 및 흔들림 보상부(1000)를 포함하는 구동부(120)를 포함한다.

상기 멤스 소자(100A)의 각 구성의 적층 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략하고 상면의 구조에 대하여 설명한다.

도 26의 멤스 소자(100A)의 고정기판(110)은 원형의 캐비티(111)를 포함하고, 상기 캐비티(111) 내에 원형의 구동부(120)를 포함한다.

상기 구동부(120)와 고정기판(110) 사이에 복수의 높이 가변부(500)를 포함한다.

각각의 높이 가변부(500)는 바이모프 구동부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)을 포함한다.

바이모프 구동부(130)는 구동부(120)의 원주를 따라 형성되어 있으며, 상기 바이모프 구동부(130)의 끝단과 스프링(160) 사이에 프레임(140)이 형성된다.

상기 프레임(140)은 구동부(120)의 원주를 따라 절곡되는 바 타입으로 형성된다.

상기 프레임(140)의 끝단과 스프링(160)이 연결되어 있다.

구동부는 스프링(160)을 수용하는 복수의 소캐비티(111)를 포함하며, 하나의 소캐비티(111) 내에 2개의 스프링(160)이 배치될 수 있다.

각각의 소캐비티(111) 내에는 상기 구동부(120)의 몸체로부터 돌출되어 소개구부(121)를 분할하는 돌출부(123)가 형성되어 있다.

각각의 스프링(160)은 소개구부(121)의 일측면과 돌출부(123)의 일면 사이에 배치되어 돌출부(123)를 위로 올리거나 아래로 내림으로 구동부(120)의 위치를 변화시킬 수 있다.

도 27의 멤스 소자(100B)는 도 1과 같이 고정기판(110), 높이 가변부(500) 및 구동부(120)를 포함한다.

상기 멤스 소자(100B)의 각 구성의 적층 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략하고 상면의 구조에 대하여 설명한다.

도 27의 멤스 소자(100B)는 원형의 캐비티(111)를 포함하고, 상기 캐비티(111) 내에 다각형의 구동부(120)를 포함한다.

상기 구동부(120)는 도 27과 같이 정팔각형의 형상을 가질 수 있으며, 각 면에 소개구부(121)를 포함한다.

각각의 높이 가변부(500)는 도 28과 같이 바이모프 구동부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)을 포함한다.

바이모프 구동부(130)는 고정기판(110)으로부터 상기 구동부(120)를 향하여 바 타입으로 연장되며, 상기 바이모프 구동부(130)의 끝단과 스프링(160) 사이에 프레임(140)이 형성된다.

상기 프레임(140)은 T자 형태로 형성되어, 바이모프 구동부(130)와 일단(145)에서 연결되며, 구동부(120)의 면을 따라 T자의 머리영역(146)이 대응된다.

상기 프레임(140)의 타단(144)과 스프링(160)이 연결되어 있다.

스프링(160)은 각각의 소개구부(121) 내에 배치되며, 구동부(120)와 프레임(140)의 머리영역(146)의 타단(144) 사이에 형성된다.

도 29의 멤스 소자(100C)는 도 1과 같이 고정기판(110), 높이 가변부(500) 및 구동부(120)를 포함한다.

상기 멤스 소자(100C)의 각 구성의 적층 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략하고 상면의 구조에 대하여 설명한다.

도 29의 멤스 소자(100C)는 고정기판(110)에 원형의 캐비티(111)를 포함하고, 상기 캐비티(111) 내에 다각형의 구동부(120)를 포함한다.

상기 구동부(120)는 도 29와 같이 사각형의 형상에서 각 모서리 영역이 함몰되어있는 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 각 면에 두 개의 소개구부(121)를 포함한다.

각각의 높이 가변부(500)는 도 29와 같이 바이모프 구동부(130), 프레임(140) 및 스프링(160)을 포함한다.

상기 프레임(140)은 바 타입으로 형성되어, 바이모프 구동부(130)와 끝단에서 연결되며, 구동부(120)의 면과 대응된다.

상기 프레임(140)의 양 측면에서 각각 스프링(160)이 연결되어 있다.

즉, 프레임(140)의 양 측면으로 두 개의 스프링(160)의 일단이 각각 연결되어 있므며, 스프링(160)의 타단이 구동부(120)와 연결된다.

이와 같이, 바이모프 구동부(130), 프레임(140)은 일대일 대응되나, 스프링(160)이 각 프레임(140)에 대하여 2배수로 형성될 수 있다.

도 29의 일대 다 대응구성은 도 30과 같이 응용할 수 있다.

도 30의 멤스 소자(100D)는 8개의 높이 가변부(500)를 포함하고, 각 높이 가변부(500)가 바 타입의 바이모프구동부(130)와 바 타입의 프레임(140)을 포함하며, 각 프레임(140)의 측면으로 2개의 스프링(160)을 포함한다.

이와 같이 연결되는 경우, 구동부(120)는 8개의 면을 가지는 다각형으로 형성될 수 있다.

한편, 도 31의 멤스 소자(100E)는 고정기판(110), 구동부(120) 및 높이 가변부(500)를 포함한다.

상기 멤스 소자(100E)의 각 구성의 적층 구조 및 상면 구조는 도 2와 동일하므로 이에 대하여는 생략한다.

도 31의 멤스 소자(100E)는 고정 기판(110)이 구동부(120)를 수용하는 캐비티(111) 포함하고, 고정 기판(110)의 전극층을 서로 분리하여 복수의 고정전극(110a, 110b)을 형성한다.

각각의 고정전극(110a, 110b) 위에는 바이모프구동부(130)의 열방출층(132)이 형성되어 있으며, 열방출층(132)이 회로패턴으로서 기능한다.

본 발명의 경우, 각각의 바이모프구동부(130)의 열방출층(132)은 고정전극(110a, 110b)과 프레임(140) 사이를 가로지르는 복수의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 포함한다.

즉, 열방출층(132)은 복수의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 포함하며, 상기 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)은 적어도 2개 이상일 수 있다.

이때, 상기 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)은 도 32과 같이 4개일 수 있으며, 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)은 동일한 크기를 가질 수 있다.

이때, 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)의 길이 및 폭은 200μm*30μm을 충족할 수 있다.

상기 열방출층(132)이 복수의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 포함하는 경우, 각각의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)에 동일한 크기의 전류가 흐를 때, 양의 전압을 인가하는 제1 고정전극(110a) 및 접지 전압을 인가하는 제2 고정전극(110b)으로 구현될 수 있으며, 제1 고정전극 및 제2 고정전극(110a, 110b)은 서로 이격되어 형성된다.

이때, 4개의 패턴 중 왼쪽 2 개의 패턴(140a, 140b)은 양 단이 서로 연결되어 있으며, 오른쪽 2개의 패턴(140c, 140d) 또한 양 단이 서로 연결되어 있다.

왼쪽 2개의 패턴을 양의 패턴(140a, 140b), 오른쪽 2개의 패턴을 음의 패턴(140c, 140d)이라고 정의하면, 양의 패턴(140a, 140b)은 일단이 제1 고정전극(110a)과 연결되고, 음의 패턴(140c, 140d)은 일단이 제2 고정전극(110a)와 연결되며, 양의 패턴(140a, 140b)과 음의 패턴(140c, 140d)의 타단이 서로 연결되어 직렬 연결된다.

따라서, 제1 고정전극 및 제2 고정전극(110a, 110b)을 따라 전류 패스가 형성되어 바이모프구동부(140)에 소정의 전류가 흐른다.

이러한 제1 고정전극 및 제2 고정전극(110a, 110b)이 2개의 바이모프 구동부(140)에 동일하게 전류를 인가하는 경우, 두 개의 구동부(140)의 음의 패턴과 양의 패턴(140a, 140b, 140c, 140d)을 직렬 연결하기 위한 연결단을 더 포함할 수 있다.

한편, 4개의 고정전극(110a, 110b)이 각각 서로 다른 양의 전압을 인가함으로써 8개의 바이모프 구동부(140)에는 서로 다른 전류값이 흐를 수 있다.

각 바이모프 구동부(140)에 서로 다른 전류가 흐르는 경우, 각각의 전류 값에 따라 제1 및 제2 물질층(134)이 팽창되는 값이 가변한다.

따라서, 각각의 높이 가변부(500)는 서로 다른 변위값으로 상기 구동부(120)를 이동시키므로 상기 구동부(120)는 기울기를 가지며 움직일 수 있다.

이와 같이 다양한 멤스 소자(100A-100E)의 구동부(120)에 흔들림 보상부(1000)를 형성하여 개구부(125) 내의 물체, 예를 들어 렌즈의 xyz 방향으로의 이동이 가능하다.

한편, 구동부(120) 내의 흔들림 보상부(1000)는 다음과 같이 다양한 적용예를 적용할 수 있다.

이하에서는 도 33 내지 도 35를 참고하여, 다른 흔들림 보상부(1000)가 적용된 적용예를 설명하고, 흔들림 보상부(1000)의 전압 인가 방법에 대하여 설명한다.

도 33은 도 6의 흔들림 보상부(1000)의 다른 적용예의 상면도이고, 도 34는 도 33의 흔들림 보상부(1000)의 배면도이고, 도 35는 흔들림 보상부(1000)의 전압인가 방식을 나타내는 상면도이다.

도 33 및 도 34를 참고하면, 본 발명의 다른 적용예에 따른 흔들림 보상부(1000A)는 고정부(1110), 외부 구동부(1120), 내부 구동부(1130) 및 복수의 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b, 1320a, 1320b, 1330a, 1330b)를 포함한다.

상기 고정부(1110)는 외부 구동부(1120), 내부 구동부(1130) 및 복수의 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b, 1320a, 1320b, 1330a, 1330b)를 지지한다.

상기 고정부(1110)는 지지기판(400)의 일부와 절연층(200) 및 전극층(150)으로 형성될 수 있으며, 상기 지지기판(400), 절연층(200) 및 전극층(150)은 도 2의 그것들과 동일하다.

상기 고정부(1110)는 전극층(150)을 패터닝하여 사각형의 각 변을 따라 배치되어 있으며, 서로 분리되어 있는 복수의 전극(1111, 1113, 1114, 1116)을 포함한다.

제3 및 제4 전극(1113, 1114)은 x축 방향으로 서로 이격되어 있는 두 개의 전극편(1113a, 1113b, 1114a, 1114b)을 포함한다.

제3 전극(1113)은 제2 전극(1116)과 이웃하는 제1 전극편(1113a) 및 제1 전극편(1113a)과 제1 전극(1111) 사이에 배치되는 제2 전극편(1113b)을 포함한다.

제4 전극(1114)은 제2 전극(1116)과 이웃하는 제1 전극편(1114a) 및 제1 전극편(1114a)과 제1 전극(1111) 사이에 배치되는 제2 전극편(1114b)을 포함한다.

제3 전극(1113) 및 제4 전극(1114)의 이격 영역은 서로 마주보도록 형성될 수 있으며, 제3 전극(1113) 및 제4 전극(1114)의 각 전극편(1113a, 1113b, 1114a, 1114b)을 전기적으로 분리하며, 전극층(150) 하부의 절연층(200)이 노출될 수 있다.

제1 구동부(1121)는 제1 전극(1111)과 대응하여 y축을 따라 연장되어 있는 몸체부 및 제1 전극(1111)의 구동편(1112)과 대응되도록 외부 구동편(1122)이 형성되어 있다.

제2 구동부(1126)는 제2 전극(1116)과 대응하여 y축을 따라 연장되어 있는 몸체부 및 제2 전극(1116)의 구동편(1117)과 대응되도록 외부 구동편(1127)이 형성되어 있다.

이때, 제1 구동부 및 제2 구동부(1121, 1126)는 양 단에서 x축을 향하여 확장되는 확장영역을 가질 수 있으며, 상기 확장 영역이 고정부(1110)의 제3 및 제4 전극(1113, 1114)과 대응하는 영역에 함몰부를 가질 수 있다.

상기 함몰부에는 고정부(1110)와 상기 제1 구동부 및 제2 구동부(1121, 1126)를 물리적으로 연결하기 위한 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b)이 형성될 수 있다.

한편, 제3 구동부(1123) 및 제4 구동부(1124)는 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.

즉, 상기 제3 구동부(1123) 및 제4 구동부(1124)는 제3 전극(1113) 및 제4 전극(1114)과 각각 대응하도록 x축을 따라 배치되어 있다.

상기 제3 구동부 및 제4 구동부(1123,1124)는 내부 구동부(1130)와 마주하는 내부 구동편(1125,1128)이 형성되어 있다.

제3 구동부 및 제4 구동부(1123,1124)의 내부 구동편(1125, 1128)은 일정한 거리로 이격되어 있는 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 복수의 돌출부는 빗살(comb) 형상을 가진다.

이러한 제3 구동부 및 제4 구동부(1123,1124)는 고정부(1110)와 마주하는 변의 양 단에서 제1 및 제2 구동부(1121, 1126)의 확장부를 따라 절곡되는 절곡부를 포함한다.

상기 절곡부와 확장부의 경계면에는 요철이 형성되어 서로 이격될 수 있으며, 하부의 절연층(200)이 일부 노출될 수 있다.

이러한 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)는 전극층으로 형성되며, 전기적으로 서로 절연되어 있으나, 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)는 물리적으로 고정되어 하나의 프레임을 이룬다.

한편, 내부 구동부(1130)는 외부 구동부(1120)의 4개의 구동부(1121, 1126, 1123, 1124)가 형성하는 개구부 내에 배치되어 있으며, 몸체부(1133) 및 내부 구동편(1132)을 포함한다.

상기 내부 구동편(1132)은 일정한 거리로 이격되어 있는 복수의 돌출부를 포함하며, 상기 복수의 돌출부는 빗살 형상을 가진다.

몸체부(1133)의 y축 방향의 두 변에는 스프링(1320a, 1320b, 1330a, 1330b)이 배치되는 함몰부가 형성되어 있다.

상기 흔들림 보상부(1000A)는 복수의 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b, 1320a, 1320b, 1330a, 1330b)을 포함한다.

제1 스프링(1300a, 1300b) 및 제2 스프링(1310a, 1310b)는 고정부(1110)과 외부 구동부(1120)를 연결하고, 제3 스프링(1320a, 1320b) 및 제4 스프링(1330a, 1330b)은 외부 구동부(1120)와 내부 구동부(1130)를 연결한다.

제1 스프링 내지 제4 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b, 1320a, 1320b, 1330a, 1330b)은 더블 폴디드 타입(double folded type)의 스프링으로 구성된다.

제1 및 제2 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b)은 고정부(1110)의 제3 및 제4 전극(1113, 1114)의 각 전극편(1113a,1113b, 1114a, 1114b)에 일단이 연결되어 있는 2개의 소스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b)을 포함한다.

즉, 제1 스프링(1300a, 1300b)의 제1 소 스프링(1300a)은 고정부(1110)의 제3 전극(1113)의 제1 전극편(1113a)과 일단이 연결되고, 타단이 제2 구동부(1126)의 확장부 내의 함몰부에서 제2 구동부(1126)와 연결되어 있다.

제1 스프링(1300a, 1300b)의 제2 소 스프링(1300b)은 고정부(1110)의 제3 전극(1113)의 제2 전극편(1113b)과 일단이 연결되고, 타단이 제3 구동부(1123)의 절곡부와 제1 구동부(1121)의 확장부 내의 함몰부에서 제3 구동부(1123)와 연결되어 있다.

제2 스프링(1310a, 1310b)의 제1 소 스프링(1310a)은 고정부(1110)의 제4 전극(1114)의 제1 전극편(1114a)과 일단이 연결되고, 타단이 제2 구동부(1126)의 확장부 내의 함몰부에서 제2 구동부(1126)와 연결되어 있다.

제2 스프링(1310a, 1310b)의 제2 소 스프링(1310b)은 고정부(1110)의 제4 전극(1114)의 제2 전극편(1114b)과 일단이 연결되고, 타단이 제4 구동부(1124)의 절곡부와 제1 구동부(1121)의 확장부 내의 함몰부에서 제4 구동부(1124)와 연결되어 있다.

한편, 제3 및 제4 스프링(1320a, 1320b, 1330a, 1330b)은 더블 폴디스 타입의 스프링으로서, 내부구동부(1130)의 y축 변의 함몰부에 각각 배치되어 있으며, 외부 구동부(1120)의 제1 및 제2 구동부(121, 1126)와 일단이 연결되고, 내부구동부(1130)와 타단이 연결되는 2개의 소 스프링(1320a, 1320b, 1330a, 1330b)을 포함한다.

즉, 제3 스프링(1320a, 1320b)의 제1 소 스프링(1320a)은 일단이 제1 구동부(1121)와 연결되고, 타단이 내부 구동부(1130)와 연결되며, 제2 소 스프링(1320b)은 제1 소 스프링(1320a)과 나란히 배치되고, 연결관계도 제1 소 스프링(1320a)과 동일하다.

제4 스프링(1330a, 1330b)의 제1 소 스프링(1330a)은 일단이 제2 구동부(1126)와 연결되고 타단이 내부구동부(1130)와 연결되며, 제2 소 스프링(1330b)은 제1 소 스프링(1330a)과 나란히 배치되고, 연결관계도 제1 소 스프링(1330a)과 동일하다.

제3 및 제4 스프링(1320a, 1320b, 1330a, 1330b)을 구성하는 4개의 소 스프링(1320a, 1320b, 1330a, 1330b)은 서로 마주하도록 배치될 수 있다.

도 33의 흔들림 보상부(1000A)는 도 6의 흔들림 보상부(1000)와 달리, 일반적인 더블 폴디드 스프링 구조로서, 하나의 스프링에서 하나의 전기적 연결 관계를 가지므로, 중간에서 절연되는 구조를 가지지 않는다.

따라서, 도 6의 흔들림 보상부(1000)에 대하여 스프링의 수효가 2배가 되며, 전기적 연결은 도 6과 유사하다.

이때, 도 34와 같이 제1 및 제2 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b)의 주변부의 절연층(200) 및 지지기판(400)이 이웃한 영역에 대하여 아일랜드 형으로 배치되어 외부에서 인가되는 전압에 따른 물리적 운동에 대한 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b)의 움직임을 자유롭게 구현할 수 있다.

또한, 각 스프링(1300a, 1300b, 1310a, 1310b)의 형상 및 주변의 절연층(200)의 패턴이 서로 대칭적으로 형성되어 전체적으로 균형을 이루어 소자 신뢰성이 확보될 수 있다.

이러한 4개의 스프링(1300, 1310, 1320, 1330)은 전극층(150)만으로 구성되어 각 구성 요소의 물리적 연결뿐 아니라, 전기적 연결을 수행한다.

이하에서는 도 35를 참고하여 실시예의 전기적 연결을 설명한다.

도 35는 도 33의 흔들림 보상부(1000A)의 전압을 인가하는 구성도이다.

도 35를 참고하면, 흔들림 보정을 위한 x축 및 y축 방향의 이동을 위하여, 총 5개의 전압이 공급된다.

제1 전압(V1)은 제4 전극(1114)의 제1 전극편(1114a)으로 인가되어, 제2 스프링(1310a)를 따라 외부 구동부(1120)의 제2 구동부(1126)에 인가되고, 제4 스프링(1330)를 따라 내부 구동부(1130) 전체에 인가된다.

이러한 제1 전압(V1)은 내부 구동부(1130)와 연결되는 제3 스프링(1330)를 따라 제1 구동부(1121)에까지 인가되며, 제1 스프링(1300a)에 의해 고정부(1110)의 제3 전극(1113)의 제1 전극편(1113a)까지 인가된다.

제1 전압(V1)은 접지 전압(ground)이거나, 멤스 소자(100)의 고정 기판(110)으로부터 인가되는 멤스 소자(100)의 기준 전압일 수 있다.

다음으로, 제2 전압(V2)은 제4 전극(1114)의 제2 전극편(1114b)으로 인가되어, 제2 스프링(1310b)을 따라 외부 구동부(1120)의 제4 구동부(1124)에 인가된다.

다음으로, 제3 전압(V3)은 제3 전극(1113)의 제2 전극편(1113b)으로 인가되어, 제1 스프링(1300b)을 따라 외부 구동부(1120)의 제3 구동부(1123)에 인가된다.

따라서, 제1 전압(V1)을 기준 전압으로 가진 상태에서, 제2 전압(V2)과 제3 전압(V3)을 조절함에 따라 평면 상에서 y축 방향으로 이동하고, 제4 전압(V4)과 제5 전압(V5)을 조절함에 따라 평면 상에서 x축 방향으로 이동하며 흔들림을 보상한다.

이때, 각 전압(V1-V5)은 고정 기판(110)에서 전극층(150)을 패터닝하여, 각 전압을 인가하는 패스(path)를 형성하고, 도 35와 같이 복수의 높이 가변부(500) 중 일부를 따라 각각의 전압이 인가될 수 있다.

구체적으로, 도 35와 같이 전류 패스는 바이모프 구동부(130)의 패턴과 절연된 상태로 배치되어 있는 제1 패턴(160), 제1 패턴(160)과 연결되며 프레임(140)을 따라 형성되는 제2 패턴(161) 및 스프링(150)을 따라 구동부(120)에 배치되는 제3 패턴(162)을 포함할 수 있다.

이때, 제1 패턴(160)은 바이모프 구동부의 다른 패턴과 달리 제1 물질층(131)과 제2 물질층(134)이 형성되지 않아 열에 따른 바이모프 구동부(130)의 팽창율에는 영향을 미치지 않는다.

상기 구동부(120) 내에서 전극층(150)이 패터닝 되어 이웃한 패턴과 절연된 상태를 유지하며, 흔들림 보상부(1000A)의 고정부(1110)의 전극 중 외부로부터의 전압을 직접 받는 전극은 흔들림 보상부(1000A) 외부로 확장된 패드(163)를 가진다.

제3 패턴(162)이 상기 패드(163)와 직접 연결되지 않는 경우, 연결 소자(167), 일 예로 와이어 등을 통하여 연결할 수 있다.

이와 같이, 멤스 소자(100)의 고정 기판(110)으로부터 구동부(120) 내의 흔들림 보상부(1000A)를 구동하기 위한 서로 다른 전압을 높이 가변부(500)를 따라 형성된 전류 패스를 통해 인가하여 멤스 소자(100)를 x, y, z 방향으로 다양하게 운동할 수 있다.

상기 흔들림 보상부(1000A)의 내부 구동부(1130) 내의 개구부(125)에 적어도 하나의 렌즈가 배치되어 상기 렌즈의 위치를 전압에 의해 보정함으로써 흔들림이 보정될 수 있다.

이하에서는 도 36을 이용하여 본 발명의 실시예의 멤스 소자가 자동초점구동기로 적용되는 카메라 모듈을 설명한다.

도 36은 도 1의 멤스 소자가 자동초점구동기로 적용된 카메라 모듈의 단면도이다.

도 36에서 촬상 렌즈의 렌즈 형태는 임의로 도시하였으며, 앞에서 설명한 멤스 소자와 동일한 도면부호를 액추에이터에 부여하였다.

카메라 모듈은 제1 렌즈부(11), 제2 렌즈부(31) 및 액추에이터(100)가 배치된 하우징(80), 홀더(90) 및 인쇄회로기판(70)을 포함한다.

하우징(80)은 상기 제1렌즈부(11) 및 제2렌즈부(31)를 포함한다.

상기 제1 렌즈부(11)는 제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)를 포함하고, 상기 제2 렌즈부(31)는 제3 렌즈(30) 및 제4 렌즈(40)를 포함한다.

그리고, 상기 제1 렌즈부(11)는 제1 경통(101)에 장착되고, 상기 제1 렌즈부(11) 및 제2 렌즈부(31)는 인쇄회로기판(70)에 배치된 수광 소자(60)로 광을 집광시킨다.

그리고, 상기 제1 경통(101) 및 제2 렌즈부(31)는 커버에 배치될 수 있다.

상기 액추에이터(100)는 상기 렌즈(30, 40)들의 위치를 조정하여 초점을 조절하여, 자동 초점 및 광학줌 기능이 구현될 수 있도록 한다.

어느 하나의 렌즈만을 이동시켜 자동 초점제어를 하는 경우, 이동시키고자 하는 렌즈(30, 40)를 지지하는 액추에이터(100)에 제어 전류를 흘려 높이를 제어함으로써 렌즈(30, 40)의 위치를 변화할 수 있다.

이와 같이, 상기 액추에이터(100)가 렌즈(30, 40)만을 이동시켜 초점을 맞추므로 렌즈 어셈블리 전체를 구동하는 것과 비교하여 소비전력을 줄일 수 있다.

또한, 상기 엑추에이터(100)는 흔들림 보상을 수행하여, 손떨림 또는 카메라 본체의 흔들림이 감지되는 경우, 전압 값을 인가하여 해당하는 렌즈(30, 40)의 배치를 변경할 수 있다.

이어서, 상기 하우징(80)의 하부에 배치된 홀더(90)는 상기 제2 렌즈부(31)의 하부에 위치하며 필터(50)를 포함한다.

상기 필터(50)는 적외선 차단 필터로 이루어질 수 있다.

상기 필터(50)는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광 소자(60)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.

즉, 상기 필터(50)는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.

상기 필터(50)를 상기 홀더(90)에 배치하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 렌즈들 사이에도 선택적으로 위치하거나, 상기 제1렌즈부(11) 또는 제2렌즈부(31)의 렌즈에 적외선 차단 물질이 코팅(coating)될 수 있다.

그리고, 상(像)이 맺히는 상기 수광 소자(60)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 멤스 소자를 카메라 모듈의 액추에이터(100)에 적용하므로 렌즈의 자동 초점 제어 및 흔들림 보상을 하나의 멤스 소자에 의해 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

멤스소자, 액추에이터 100
고정 기판 110
구동부 120
탄성부 500
바이모프구동부 130
프레임 140
스프링 160
흔들림 보상부 1000
고정부 1110
외부구동부 1120
내부구동부 1130

Claims

캐비티를 가지는 고정기판;
상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 고정기판으로부터 부유하는 구동부;
상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 높이 가변부를 포함하고,
상기 구동부는
제어전압에 따라 상기 구동부 내에서 상기 구동부의 높이 가변 방향에 대하여 수직한 평면 내에서 이동하는 흔들림 보상부를 포함하며,
상기 흔들림 보상부는 상기 구동부와 연결되며 개구부를 가지는 고정부와, 상기 개구부 내에 배치되며 상기 고정기판에 대하여 제1 방향으로 상대 이동되는 외부 구동부, 상기 외부 구동부에 대하여 제2 방향으로 상대 이동되는 내부 구동부와, 상기 고정기판, 외부 구동부 및 내부 구동부를 물리적으로 연결하는 복수의 스프링을 포함하는 멤스 소자.
제1항에 있어서,
상기 높이 가변부는
상기 고정기판과 연결되어 상기 제어전류에 따라 휘어지는 바이모프 구동부를 포함하고,
상기 바이모프 구동부는 제1 물질층과, 상기 제1 물질층 위에 열방출층과, 상기 열방출층 위에 제2 물질층을 포함하며, 상기 제1 물질층과 상기 제2 물질층은 열팽창계수가 서로 다르며,
상기 높이 가변부는 상기 열방출층과 상기 제2 물질층 사이에 절연층을 더 포함하고,
상기 열방출층은 상기 제어전류에 따라 열을 방출하는 멤스 소자.
제2항에 있어서,
상기 제1 물질층은 상기 제2 물질층보다 열팽창계수가 작은 멤스 소자.
제1항에 있어서,
상기 고정부는 상기 제2 방향으로 연장되어 있는 제1 전극 및 제1 전극과 평행하게 연장되어 있는 제2 전극,
상기 제2 방향으로 연장되어 있는 제3 전극 및 상기 제3 전극과 평행하게 연장되어 있는 제4 전극을 포함하며,
상기 제3 및 제4 전극은 전기적으로 절연되어 있는 두 개의 전극편으로 분리되고,
상기 외부 구동부는 상기 고정부의 4개의 전극 내부에 배치되며, 상기 4개의 전극과 대향하는 4개의 소구동부를 포함하고,
상기 제1 및 제2 전극과 상기 외부 구동부 사이에 빗살 전극이 형성되어 있고,
상기 외부 구동부와 상기 내부 구동부의 상기 제1 방향의 변에 빗살 전극이 형성되는 멤스 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 구동부는 내부에 렌즈를 수용하는 개구를 포함하고,
상기 제어전압은 상기 고정 기판으로부터 상기 높이 가변부를 따라 형성되는 전류 패스를 따라 상기 흔들림 보상부에 인가되는 멤스 소자.
적어도 하나의 렌즈부를 구동하는 액추에이터;
상기 렌즈부 및 액추에이터를 수납하는 하우징; 및
상기 렌즈부로부터 광을 받는 수광소자를 포함하고,
상기 액추에이터는 상기 렌즈부를 3방향으로 이동하여 자동초점 및 흔들림 보상을 동시에 진행하며,
상기 액추에이터는
캐비티를 가지는 고정기판,
상기 캐비티 내에 배치되며, 상기 고정기판으로부터 부유하고, 상기 렌즈부를 지지하는 구동부,
상기 고정기판과 상기 구동부를 물리적으로 연결하며, 제어전류에 따라 상기 구동부의 높이를 가변하는 높이 가변부를 포함하고,
상기 구동부는 제어전압에 따라 상기 렌즈부가 배치되어 있는 평면 내에서 상기 구동부의 높이 가변 방향에 대하여 수직한 평면 내에서 이동하는 흔들림 보상부를 포함하는 멤스 소자인 카메라 모듈.
제6항에 있어서,
상기 흔들림 보상부는
상기 구동부와 연결되며 개구부를 가지는 고정부와,
상기 개구부 내에 배치되며 상기 고정기판에 대하여 제1 방향으로 상대 이동되는 외부 구동부,
상기 외부 구동부에 대하여 제2 방향으로 상대 이동되는 내부 구동부와,
상기 고정기판, 외부 구동부 및 내부 구동부를 물리적으로 연결하는 복수의 스프링을 포함하는 카메라 모듈.
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